Modulēšanas tehnikas pamati

"Konvertēšana no digitālā uz analogo ir process, kurā mainās viens no analogā signāla parametriem, pamatojoties uz digitālajos datos esošo informāciju. Sinusoidālo vilni nosaka trīs raksturlielumi: amplitūda, frekvence un fāze. Kad mainām kādu no šīm īpašībām, mēs izveidojam atšķirīgu šī viļņa versiju. Tātad, mainot vienkārša elektriskā signāla vienu īpašību, mēs to varam izmantot, lai attēlotu digitālos datus. ----- FMUSER"


Digitālo datu modulēšanai analogā signālā ir trīs mehānismi: amplitūdas maiņas taustiņš (ASK), frekvences maiņas taustiņi (FSK) un fāzes maiņas taustiņi (PSK). Turklāt ir ceturtais (un labāks) mehānisms, kas apvieno mainot gan amplitūdu, gan fāzi, ko sauc kvadratu amplitūdas modulācija (QAM).

joslas platums
Nepieciešamais joslas platums digitālo datu analogai pārraidei ir proporcionāls signāla ātrumam, izņemot FSK, kurā jāpievieno atšķirība starp nesēja signāliem.

Skatīt arī: >> 8-QAM, 16-QAM, 32-QAM, 64-QAM 128-QAM, 256-QAM salīdzinājums 

Pārvadātāja signāls
Analogā pārraidē sūtītāja ierīce rada augstas frekvences signālu, kas darbojas kā informācijas signāla bāze. Šo bāzes signālu sauc par nesēja signālu vai nesēja frekvenci. Saņēmēja ierīce ir noregulēta atbilstoši nesēja signāla frekvencei, ko tā sagaida no sūtītāja. Pēc tam digitālā informācija maina nesēja signālu, modificējot vienu vai vairākus tā raksturlielumus (amplitūdu, frekvenci vai fāzi). Šāda veida modifikācijas sauc modulācija (maiņu taustiņi).

1. amplitūdas maiņas taustiņš:
Taustiņu amplitūdas maiņā nesēja signāla amplitūda tiek mainīta, lai izveidotu signāla elementus. Gan frekvence, gan fāze paliek nemainīgi, kamēr mainās amplitūda.

Binārā ASK (BASK)
ASK parasti tiek ieviests, izmantojot tikai divus līmeņus. To sauc par bināro amplitūdas maiņas taustiņu vai ieslēgšanas taustiņu (OOK). Viena signāla līmeņa maksimālā amplitūda ir 0; otrs ir tāds pats kā nesējfrekvences amplitūda. Nākamais attēls sniedz bināro ASKS konceptuālu skatu.

 

Skatīt arī: >> Kāda ir atšķirība starp AM un FM? 

Īstenošana:
Ja digitālie dati tiek uzrādīti kā vienpolārs NRZ digitālais signāls ar augstu 1 V spriegumu un zemu 0 V spriegumu, tad to var panākt, reizinot NRZ digitālo signālu ar nesēj signālu, kas nāk no oscilatora, kas attēlots nākamajā attēlā. Kad NRZ signāla amplitūda ir 1, tiek turēta nesēja frekvences amplitūda; ja NRZ signāla amplitūda ir 0, nesēja frekvences amplitūda ir nulle.




Joslas platums ASK:
Nesēj signāls ir tikai viens vienkāršs sinusoidāls vilnis, bet modulācijas process rada neperiodisku saliktu signālu. Šim signālam ir nepārtraukts frekvenču komplekts. Kā mēs sagaidām, joslas platums ir proporcionāls signāla ātrumam (pārsūtīšanas ātrumam).

Tomēr parasti ir iesaistīts vēl viens faktors, saukts d, kas ir atkarīgs no modulācijas un filtrēšanas procesa. D vērtība ir no 0 līdz 

●Tas nozīmē, ka joslas platumu var izteikt, kā parādīts, kur S ir signāla ātrums un B ir joslas platums.

Formula parāda, ka nepieciešamā joslas platuma minimālā vērtība ir S un maksimālā - 2S. Vissvarīgākais punkts šeit ir joslas platuma atrašanās vieta. Joslas platuma vidū atrodas fc nesējfrekvence. Tas nozīmē, ja mums ir pieejams joslas kanāls, mēs varam izvēlēties savu fc, lai modulētais signāls aizņemtu šo joslas platumu. Faktiski šī ir digitālā-analogā konvertēšanas vissvarīgākā priekšrocība.

Skatīt arī: >>Kas ir QAM: kvadrātu amplitūdas modulācija 

2. Frekvences pārslēgšanas taustiņš

Taustiņos ar frekvences maiņu nesēja signāla frekvence tiek mainīta, lai attēlotu datus. Modulētā signāla frekvence ir nemainīga viena signāla elementa darbības laikā, bet mainās nākamajam signāla elementam, ja mainās datu elements. Gan pīķa amplitūda, gan fāze paliek nemainīgi visiem signāla elementiem.

Binārā FSK (BFSK)
Viens veids, kā domāt par bināro FSK (vai BFSK), ir divu nesējfrekvenču apsvēršana. Šajā attēlā mēs esam izvēlējušies divas nesējfrekvences f1 un f2. Pirmo nesēju mēs izmantojam, ja datu elements ir 0; mēs izmantojam otro, ja datu elements ir 1.




Iepriekš redzamajā attēlā redzams, ka vienas joslas platuma vidusdaļa ir f1, bet otra vidējā ir f2. Gan f1, gan f2 ir apartf atsevišķi no viduspunkta starp abām joslām. Starpība starp divām frekvencēm ir 2∆f.

Skatīt arī: >> QAM modulators un demodulators  

Īstenošana:
Pastāv divas BFSK ieviešanas: nesaskaņota un saskaņota. Nekoherentā BFSK fāzē var būt pārtraukumi, kad beidzas viens signāla elements un sākas otrs. Koherentā BFSK fāze turpinās caur divu signāla elementu robežu. Nekoherentu BFSK var ieviest, apstrādājot BFSK kā divas ASK modulācijas un izmantojot divas nesējfrekvences. Koherento BFSK var īstenot, izmantojot vienu sprieguma kontrolētu oscilatoru (VCO), kas maina tā frekvenci atbilstoši ieejas spriegumam.

Nākamais attēls parāda vienkāršoto ideju, kas ir otrās ieviešanas pamatā. Ieeja oscilatorā ir unipolārs NRZ signāls. Kad NRZ amplitūda ir nulle, oscilators saglabā parasto frekvenci; kad amplitūda ir pozitīva, frekvence tiek palielināta.

Joslas platums BFSK:

Iepriekš redzamais attēls parāda FSK joslas platumu. Nesēj signāli atkal ir tikai vienkārši sinusoidālie viļņi, bet modulācija rada neperiodisku saliktu signālu ar nepārtrauktām frekvencēm. Mēs varam domāt par FSK kā diviem ASK signāliem, katram ar savu nesējfrekvenci f1 un f2. Ja starpība starp divām frekvencēm ir 2∆f, tad nepieciešamais joslas platums ir

3. Fāzes nobīdes taustiņš:
Fāzu maiņas taustiņos nesēja fāze tiek mainīta, lai attēlotu divus vai vairākus atšķirīgus signāla elementus. Gan pīķa amplitūda, gan frekvence nemainās, mainoties fāzei.

Binārais PSK (BPSK):
Vienkāršākais PSK ir binārais PSK, kurā mums ir tikai divi signāla elementi, viens ar fāzi 0 °, otrs ar fāzi 180 °. Nākamais attēls sniedz PSK konceptuālu skatu. Binārā PSK ir tikpat vienkārša kā binārā ASK ar vienu lielu priekšrocību - tā ir mazāk jutīga pret troksni. ASK gadījumā bitu noteikšanas kritērijs ir signāla amplitūda. Bet PSK tas ir posms. Troksnis var mainīt amplitūdu vieglāk, nekā tas var mainīt fāzi. Citiem vārdiem sakot, PSK ir mazāk jutīgs pret troksni nekā ASK. PSK ir pārāka par FSK, jo mums nav nepieciešami divi nesēja signāli.

Orķestrisplatums:
Joslas platums ir tāds pats kā binārajam ASK, bet mazāks nekā BFSK. Divu nesēju signālu atdalīšanai netiek tērēts joslas platums.

Skatīt arī: >>512 QAM vs 1024 QAM vs 2048 QAM vs 4096 QAM modulācijas tipi

Īstenošana:
BPSK ieviešana ir tikpat vienkārša kā ASK. Iemesls ir tāds, ka signāla elementu ar fāzi 180 ° var uzskatīt par signāla elementa kompleksu ar fāzi 0 °. Tas dod mums norādes par to, kā ieviest BPSK. Unipolārā NRZ signāla vietā mēs izmantojam polāro NRZ signālu, kā parādīts nākamajā attēlā. Polārais NRZ signāls tiek reizināts ar nesēja frekvenci. 1 bitu (pozitīvs spriegums) apzīmē fāze, kas sākas ar 0 °, 0 bitu (negatīvs spriegums) apzīmē fāze, kas sākas ar 180 °.

 

4. Kvadrātu amplitūdas modulācija (QAM)
PSK ierobežo aprīkojuma spēja atšķirt nelielas fāzes atšķirības. Šis faktors ierobežo tā potenciālo bitu pārraides ātrumu. Līdz šim mēs esam mainījuši tikai vienu no trim sinusoidālā viļņa īpašībām vienlaikus; bet kā būtu, ja mēs mainītu divus? Kāpēc ne apvienot ASK un PSK? Kvadrātu amplitūdas modulācijas (QAM) ideja ir izmantot divus nesējus, vienu fāzē un otru kvadratu ar atšķirīgu amplitūdas līmeni katram nesējam.

Iespējamās QAM variācijas ir daudz. Nākamais attēls parāda dažas no šīm shēmām. Nākamajā attēlā a daļā parādīta vienkāršākā 4-QAM shēma (četri dažādi signāla elementu veidi), izmantojot unipolāru NRZ signālu, lai modulētu katru nesēju. Tas ir tas pats mehānisms, kuru mēs izmantojām ASK (OOK). B daļā parādīts vēl viens 4-QAM, izmantojot polāro NRZ, bet tas ir tieši tāds pats kā QPSK. C daļā parādīts vēl viens QAM-4, kurā mēs izmantojām signālu ar diviem pozitīviem līmeņiem, lai modulētu katru no diviem nesējiem. Visbeidzot, d daļa parāda 16-QAM signāla zvaigznāju ar astoņiem līmeņiem, četriem pozitīviem un četriem negatīviem.

Jūs varat arī patīk: >>Kāda ir atšķirība starp "dB", "dBm" un "dBi"? 
                                >>Kā manuāli ielādēt / pievienot M3U / M3U8 IPTV atskaņošanas sarakstus atbalstītajās ierīcēs
                                >>Kas ir VSWR: sprieguma pastāvīgā viļņa attiecība

Atstāj ziņu 

Message saraksts